Mokslas ir IT

2019.06.20 18:27

Nuo bioskaidžių pakuočių iki plastiką ryjančių bakterijų: pirmaisiais smuikais groja ir Lietuvos mokslininkai

Socialiniuose tinkluose žmones juokina iliustracija, kurioje pirkėjas turguje perka žuvį ir paklausia pardavėjo, ar šis gali duoti plastikinį maišelį pirkiniui. Pardavėjas atsako, kad maišelis greičiausiai jau bus žuvies viduje, todėl papildomo maišelio nesiūlo. Vidutiniškai lietuviui tenka po 20 kg plastiko atliekų, iš kurių mažiau kaip pusė gali būti perdirbamos. Lietuvos mokslininkai sukūrė unikalias bioskaidaus plastiko pakuotes, kurios galėtų būti kompostuojamos.

Suirtų per 2 metus

Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai sukūrė bioskaidžias plastikines pakuotes, kurios kompostuojamos turėtų suirti per 2 metus. Sukurta medžiaga yra permatoma, atitinka reikalavimus, kurie yra keliami maisto pakuotėms. Žinoma, tam, kad bioplastikas suirtų prireiks ir jį skaidančių mikroorganizmų pagalbos.

„Perkame sumuštinius, užkandžius, saldumynus, kurie supakuotį į pakuotę iš plastiko ir popieriaus. Dažniausiai pakuotės „langas“, per kurį mes matome maistą, yra plastikinis. Nors popierius yra skaidus, tačiau jį atskirti nuo įprasto plastiko yra gana sudėtinga. Jei tą „langelį“ pagaminsime iš bioskaidaus plastiko, tokias atliekas bus galima kompostuoti“, – sakė tyrėjų komandos narys Paulius Pavelas Danilovas.

Pasak mokslininko, mikroorganizmų, kurie suskaidytų tokį plastiką, tikrai netrūksta.

Teigiama, kad pramoniniuose kompostavimo įrenginiuose toks plastikas suirtų per pusmetį, nes ten palaikoma aukšta (580 laipsnių) temperatūra. Namuose toks skaidymo procesas užtruktų maždaug 2 metus.

Bioplastikas KTU laboratorijoje buvo pagamintas iš celiuliozės. Celioliozė yra vienas labiausiai paplitusių biopolimerų, kurie randami gamtoje.

Anot tyrimo autorių, vienas didžiausių iššūkių kuriant tokią medžiagą, buvo tai, kad reikėjo padaryti ją permatomą ir skaidrią, kad vartotojai galėtų matyti maistą.

„Įprastai plastikas turi būti kaitinamas, kad taptų skysčiu. Kai kaitiname popierių, kurį taip pat sudaro celiuliozė, jis pradeda degti. Mums pavyko sukurti medžiagą, kuri ne tik pavirsta skysčiu, bet ir neskleidžia taršos“, – teigė mokslininkas.

Tiesa, kol kas toks plastikas yra keliolika kartų brangesnis už įprastą.

Kol kas perdirbame tik 9 proc.

Europos Parlamentas siekia per kelioliką ateinančių metų stipriai sumažinti į sąvartynus išmetamų šiukšlių kiekį, kuris neturėtų viršyti 10 % visų atliekų. Valstybės narės turėtų suskubti pereiti prie žiedinės ekonomikos modelio ne tik dėl įsipareigojimų, bet ir dėl taršos, kuri šiandien vis labiau lemia klimato kaitą ir kitas globalines problemas.

Kompostavimas – vienas iš atliekų perdirbimo būdų, kurį galima taikyti bioskaidžioms medžiagoms (pvz. maisto likučiams) perdirbti. Kompostuojant gaunama vertinga organinė augalų trąša, todėl tokio perdirbimo kultūros skatinimas yra svarbus žiedinės ekonomikos aspektas. Maistas neretai pakuojamas į įvairią kombinuotą tarą, kurią vėl perdirbti į pakavimo medžiagas ne visuomet įmanoma ‒ pakuotės dažnai būna užterštos maisto likučiais, arba technologiškai neįmanoma atskirti skirtingų pakuotę sudarančių komponentų.

Viena iš kombinuotų pakuočių pavyzdžių – popierinė pakuotė su plastikiniu langeliu. Nors popierinė pakuotė dažnai priskiriama prie ekologiškų ir aplinkai draugiškų bioskaidžių pakuočių, tačiau rinkoje esančiose popierinėse pakuotėse iki šiol naudojami plastikiniai langeliai, pagaminti iš įprasto, ne bioskaidaus plastiko. Tokios pakuotės neatitinka ES kompostavimo standarto.

Dėl to, teigiama, racionalu būtų gaminti maisto pakuotes iš visiškai kompostavimui tinkamų medžiagų, kurios po pakuotės panaudojimo galėtų būti kompostuojamos kartu su maisto likučiais.

Šiuo metu tik 9 proc. plastiko yra perdirbama.

Medžiaga, galinti tapti bet kuo

Nuo tada, kai Leo Baekelandas sukūrė pirmąjį visiškai sintetinį plastiką, praėjo vos daugiau nei 100 metų.  Pačioje Antrojo pramonės perversmo pabaigoje elektros laidams izoliuoti sukurta medžiaga buvo visai nepanaši į kitas. Pigi pagaminti, atspari karščiui ir lengvai formuojama – ši medžiaga galėjo tapti bet kuo, ko tik žmonės norėjo. Jos atsiradimas paskatino nuvilnyti cheminių inovacijų bangą.

Visi plastikai pasižymi ta pačia pamatine struktūra.  Priartinus, didžioji dalis jų atrodo kaip perlų vėrinys su ilgomis, pasikartojančiomis grandinėmis, kurios pakaitintos išsilydo, o vėsdamos sukietėja. Jo universalumas plastiką paverčia ypatinga medžiaga. Mes galime jį išspausti į plonus lakštus, suspausti tarp volų, išpūsti burbulus, išlieti kaip metalus, ar vakuuminiu būdu suformuoti trimates formas. Pakeitus chemines grandinių sudedamąsias dalis, galima pakoreguoti plastiko lankstumą, lydymosi temperatūrą ir atsparumą cheminėms medžiagoms.

Priemaišomis tarp grandinių galima pakeisti plastiko spalvą, padaryti jį atsparų liepsnoms ar žudantį bakterijas. Grandines papildžius atšakomis, galima jas supinti į nesilydančius mazgus ir užfiksuoti galutinius plastiko produktus į nuolatines formas. Šios neįtikėtinos medžiagos yra pigios, švarios ir nepralaidžia vandens. Jos gali būti storos ar plonos, lanksčios ir trapios, ryškiai spalvotos ar visiškai skaidrios.

Mes galime jas dėvėti prie odos, jomis apvynioti savo maistą ar naudoti konstruojant viską: nuo rašiklių ir papuošalų iki išmaniųjų telefonų ir erdvėlaivių. Plastikai gali būti pakankamai tvirti, kad būtų naudojami statybose, pakankamai lengvi, kad skristų ir pakankamai slidūs, kad neleistų kiaušiniams prisvilti prie keptuvių. Šios stebuklingosios medžiagos yra tokios pigios, jog jas išmetame nė nemirktelėję.

Kasmet pagaminame 300 milijonus tonų plastiko, iš kurio pusė keliauja tiesiai į konteinerius. Kiekvieną minutę mes išmetame po 1 milijoną plastikinių butelių, kiekvieną dieną po pusę milijono plastikinių šiaudelių ir po 4 trilijonus plastikinių maišelių kasmet. Beveik 80 procentų viso per istoriją pagaminto plastiko jau atsidūrė sąvartynuose arba teršia gamtos pasaulį. Beveik trečdalis plastikinių pakuočių keliauja tiesiai į jūras, kur gali pradūlėti keletą žmonių gyvenimų. Gyvų padarų išskiriami fermentai negali sudoroti žmogaus sukurtų grandinių, dėl kurių plastikas yra toks tvirtas.

Kova su vos mikroskopiniais grūdeliais

Iš mažo tankio polietileno (LDPE) gaminami krepšiai, dėklai ir plėveles; iš didelio tankio polietileno (HDPE) pieno ir šampūno buteliukai; iš polietileno tereftalato (PET) gaminami vandens ir valymo priemonių buteliukai; iš polistireninio putplasčio (EPS) gaminamos izoterminės pakuotės; iš polipropileno (PP) – butelių kamšteliai, traškučių pakuotės ir ledų indeliai. Skaičiuojama, kad visame pasaulyje mes kiekvieną minutę naudojame apie 10 milijonų plastikinių maišelių.

Siekiant sumažinti plastiko vartojimą, maišeliai, šiaudeliai ir kosmetinėse priemonėse neretai naudojami mikrogrūdeliai yra vieni lengviausių taikinių.  Kūrybingi startuoliai jau eksperimentuoja ir siūlo stalo įrankius iš kviečių, vandens buteliukus iš jūros dumblių ir šešių skardinių pakuotes iš miežių.

2016 metais mokslininkai Japonijos butelių perdirbimo fabrike atrado plastiką ryjantį padarėlį. Bakterija išskiria PETazėmis (angl. PETases) pavadintus fermentus, kurie ardo plastiko polimerines grandines.

Šiuo metu mokslininkai eksperimentuoja su biologiškai skaidžiais plastikais, tokiais kaip polilaktidas (PLA). Iš pieno rūgšties, išgaunamos iš kukurūzų, gaminamas plastikas gali suirti vos per 12 mėnesių. Apdorojant perdirbti netinkamus plastikus, tikimasi, kad nauji metodai padės šias atliekas paversti kuru ir išgauti energijos. Dujofikavimu vadinamo proceso metu plastikas su oru būna kaitinamas, kol išgaunamos deginti tinkamos dujos. Kitas panašus metodas yra vadinamas pirolize, kurios metu plastikas kaitinamas be oro, taip iš jo išgaunant skystą naftą.

Tiesa, plastiko atliekų deginimas gali būti kenksmingas, o tam, kad pagamintume užtektinai biologiškai skaidaus plastiko, galinčio pakeisti tradicinį, tektų kukurūzų monokultūroms paskirti milžiniškus plotus. Be to, nereikia pamiršti fakto, jog nors bioskaidus plastikas gali suirti, tai nereiškia, kad su juo taip ir nutiks. Kad tai įvyktų, jam reikia 50 laipsnių temperatūros, kurią nesunku pasiekti pramoniniuose kompostavimo įrenginiuose, tačiau tik ne tuomet, kai šis plastikas plūduriuoja vandenynuose.

Kodėl įprastas plastikas nėra biologiškai skaidus?

Mikrobai greitai imasi doroti tokias organines atliekas, kaip popierius ar nuskustos daržovių odelės, tačiau plastikas jiems neįkandamas. Nors tai gali pasirodyti keista, turint omenyje, kad plastikas gaminamas iš naftos, kuri susidarė iš senovinės augalijos ir gyvūnijos, tačiau visa tai priklauso nuo plastiko gamybos būdo.  

Natūralius polimerus jungia peptidiniais vadinami cheminiai ryšiai, o štai plastiko polimeruose yra anglies-anglies ryšiai. Šie yra daug stipresni, o tai yra tiek pat dovana, kiek ir prakeiksmas. Dauguma fermentų, kuriuos gyvi padarai naudoja organinėms molekulėms skaidyti, šių ryšių įveikti nepajėgia. Dėl to plastikas yra toks patvarus, tačiau dėl to paties jo yra labai sunku atsikratyti.

Šiuos ryšius pralaužti geba vos saujelė organizmų, tarp kurių yra kai kurie grybai ir bakterijos. Mokslininkai vis dar kuria metodus, kaip juos būtų geriausia panaudoti. Ironiška, tačiau jeigu šį gebėjimą įgys daugiau organizmų, tai galėtų sukelti grėsmę svarbių plastikinių struktūrų ilgaamžiškumui.